EP0065023A2

EP0065023A2 - Combination of a vibrator motor and a spring transmission

Info

Publication number: EP0065023A2
Application number: EP81103798A
Authority: EP
Inventors: Joachim Dr. Schnell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-18
Filing date: 1981-05-18
Publication date: 1982-11-24
Also published as: DE3172004D1; EP0065023B1; EP0065023A3; ATE15257T1

Abstract

1. Combination of a vibrator motor and a spring transmission with one or more driving vibrator motors working with periodical to and fro motions or with uniform motions and superimposed to and fro motions and with one or more spring transmissions transferring the driving motion or motions to one or more rotating driven shafts by springs (9) and by overunning (10) and/or engaging and disengaging clutches, the springs (9) being stretched and released periodically dependent on loading and driving, which leads to a driven speed of rotation steplessly variable and dependent on loading and driving, characterised in that the driving vibrator motor or motors contain at least two structural members (1, 2) oscillating against each other, the structural members (1, 2) having no stiff connection to a housing and at least one of the members (1 or 2) co-operating with the housing so that the oscillating motion or motions are not or not very much impeded and no or not very much oscillation energy is transferred to the housing, which can be attained by sliding or floating bearings, by elastic suspension or by spring transmissions supported by the housing, and at least one of the structural members (1 or 2) is connected with at least one spring transmission.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwingmotor-Federgetriebe-Kombination mit einem oder mehreren Antriebsmotoren, die periodische Hin- und Herbewegungen oder einer gleichförmigen Bewegung überlagerte periodische Hin- und Herbewegungen ausführen und einem oder mehreren Federgetrieben, die die Antriebsbewegung oder

-bewegungen über Federn 9 und Freiläufe 10 und/oder Schaltkupplungen in eine oder mehrere Drehbewegungen übersetzen, wobei die Federn 9 periodisch last- und antriebsabhängig gespannt und entspannt werden, so daß sich die Abtriebsdrehzahl stufenlos last-und antriebsabhängig einstellt.
Stufenlose Motor-Getriebe-Kombinationen werden in einer Vielzahl von Maschinen, z.B. in Kraftfahrzeugen, eingesetzt, um die Motorcharakteristik möglichst optimal in die erforderliche Abtriebscharakteristik zu übersetzen.

The invention relates to a vibration motor-spring gear combination with one or more drive motors which perform periodic reciprocating movements or a periodic reciprocating movements superimposed on a uniform movement and one or more spring drives which perform the driving movement or

-Translate movements via springs 9 and freewheels 10 and / or clutches in one or more rotary movements, the springs 9 are periodically tensioned and relaxed depending on the load and drive, so that the output speed is infinitely variable depending on the load and drive.
Stepless motor-gear combinations are used in a large number of machines, for example in motor vehicles, in order to optimally translate the motor characteristics into the required output characteristics.

Die in Kraftfahrzeugen heute überwiegend verwendeten Verbrennungs-Hubkolbenmotoren sind Schwingmotoren im Sinne unserer Definition im einleitenden Oberbegriff. Die Hin- und Herbewegungen dieser Motoren werden üblicherweise mit Kurbelwellen in Drehbewegungen umgewandelt und über Stufenschaltgetriebe oder automatische stufenlose Getriebe und über,Sperrdifferentialgefriebe auf die Antriebsräder übertragen. Der Wirkungsgrad derartiger Motor-Getriebe-Kombinationen ist nicht gut. Im Motor treten hohe Reibungsverluste auf, weil der Motor auch bei kleinen Leistungen die volle Hin- und Herbewegung ausführen muß, die Belastung nicht in der Kolbenbewegungsrichtung erfolgt und hohe Drehzahlen bei starkem Anpreßdruck in den Pleuellagern auftreten. Die Verluste in aufwendigen stufenlosen Getrieben sind insbesondere bei großer Drehzahlübersetzung beachtlich. Hubkolbenmotoren ohne Kurbelwelle, wie sie z.B. für Druckpumpen verwendet werden, haben einen besseren Wirkungsgrad. Dieser geht allerdings weitgehend wieder verloren, wenn man die Schwingbewegung der Druckpumpe mit einem stufenlosen Hydraulikantrieb in eine Drehbewegung übersetzt, da hierbei hohe Reibungsverluste auftreten.The internal combustion piston engines that are predominantly used in motor vehicles today are vibrating motors in the sense of our definition in the introductory generic term. The back and forth movements of these motors are usually converted into rotary movements with crankshafts and transmitted to the drive wheels via step-by-step transmissions or automatic continuously variable transmissions and via limited-slip differential gearboxes. The efficiency of such motor-gear combinations is not good. There are high friction losses in the engine because the engine has to perform the full reciprocation even at low outputs, the load does not occur in the direction of piston movement and high speeds occur in the connecting rod bearings when the contact pressure is high. The losses in complex continuously variable transmissions are remarkable, especially with high speed ratios. Reciprocating engines without a crankshaft, such as those used for pressure pumps, have a better efficiency. However, this is largely lost if the oscillating movement of the pressure pump with a stepless hydraulic drive in a rotary movement translates because high friction losses occur.

Die Kombination von Schwingmotoren mit stufenlosen, lastabhängigen Federgetrieben ist aus der EP 0 021 452 A1 bekannt. Federgetriebe bewirken eine verlustarme Übersetzung der Schwingbewegung in eine Drehbewegung, deren Drehzahl lastabhängig stufenlos einstellbar ist.The combination of vibration motors with stepless, load-dependent spring gears is known from EP 0 021 452 A1. Spring gears result in a low-loss translation of the swinging movement into a rotary movement, the speed of which can be continuously adjusted depending on the load.

Die bekannten Schwingmotor-Getriebe-Kombinationen übertragen starke Vibrationen auf das Gehäuse. Das wird insbesondere bei Kraftfahrzeugen deutlich, wo durch die Verwndung von Motoren mit mehreren Zylindern, durch große Massen, hohe Drehzahlen und aufwendige Dämpfungsmaßnahmen die Laufruhe verbessert wird. Die meisten dieser Maßnahmen ergeben Leistungsverluste und sind insbesondere bei kleinen.Kraftfahrzeugen nicht praktikabel. Aufgabe der Erfindung ist die Entwicklung einer Schwingmotor-Getriebe-Kombination, die eine Übersetzung der Hin- und Herbewegungen des Antriebs in Drehbewegungen mit last- und antriebsabhängiger Drehzahl gestattet, wobei der Wirkungsgrad in einem weiten Bereich gut ist und die Übertragung von Vibrationen auf das Gehäuse auch bei kleinen Gehausemassen und kleinen Schwingfrequenzen gering ist.The well-known vibration motor-gearbox combinations transmit strong vibrations to the housing. This is particularly evident in motor vehicles, where smooth running is improved by using engines with multiple cylinders, large masses, high speeds and complex damping measures. Most of these measures result in performance losses and are not practical, particularly in the case of small motor vehicles. The object of the invention is the development of a vibration motor-gear combination, which allows a translation of the back and forth movements of the drive into rotary movements with load and drive-dependent speed, the efficiency is good in a wide range and the transmission of vibrations to the housing is small even with small housing dimensions and small vibration frequencies.

Die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe durch die Kombination von stufenlosen, lastabhängigen Federgetrieben mit Schwingmotoren, die mindestens zwei gegeneinander schwingende Bauteile 1 und 2 enthalten, die keine starre Verbindung zum Gehäuse haben und mindestens eins der Bauteile 1 oder 2 gleitend oder schwebend und/oder elastisch und/oder über die Federgetriebe mit dem Gehäuse verbunden ist und mindestens eins der Bauteile 1 oder 2 mit einem Federgetriebe gekoppelt ist. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 festgehalten.The invention, as characterized in the claims, solves the problem by the combination of stepless, load-dependent spring gears with vibrating motors, which contain at least two components 1 and 2 which vibrate against each other, which have no rigid connection to the housing and at least one of the components 1 or 2 is sliding or floating and / or elastic and / or connected to the housing via the spring mechanism and at least one of the components 1 or 2 is coupled to a spring mechanism. Preferred embodiments of the invention are set out in claims 2 to 10.

Auf das Gehäuse einer erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Kombination werden von den gegeneinander schwingenden Bauteilen 1 und 2 durch die lose Befestigung nur geringe Kräfte ausgeübt, die vom starren.Gehäuseaufbau und einer geringen Gehäusemasse aufgenommen werden können. Dadurch ergibt sich der Vorteil weitgehender Vibrationsfreiheit des Gehäuses trotz starker Motorvibration.Due to the loose fastening, only slight forces are exerted on the housing of a motor-gearbox combination according to the invention by the components 1 and 2 which vibrate against one another and which can be absorbed by the rigid housing construction and a small housing mass. This has the advantage of largely vibration-free housing despite strong Engine vibration.

Der Wirkungsgrad von Schwingmotoren ist besser als der von Rotationsmotoren. Da die Verluste in guten Stahlfedern und Freiläufen gering sind, ist der Wirkungsgrad von Federgetrieben wesentlich besser als der von vergleichbaren anderen bekannten Getrieben. Da sich die Abtriebsdrehzahl stufenlos in Abhängigkeit vom Antriebsschub und dem Abtriebsdrehmoment auf den jeweiligen Betriebszustand einstellt, kann der Motor auch bei stark schwankenden Abtriebsbedingungen in einem günstigen Arbeitsbereich laufen. Da außerdem verlustreiche Dämpfungsmaßnahmen entfallen, ist der Wirkungsgrad einer erfindungsgemäßen Schwingmotor-Federgetriebe-Kombination besser als derThe efficiency of vibrating motors is better than that of rotating motors. Since the losses in good steel springs and freewheels are low, the efficiency of spring gears is much better than that of comparable other known gears. Since the output speed is continuously adjusted to the respective operating state depending on the drive thrust and the output torque, the engine can run in a favorable working range even with strongly fluctuating output conditions. Since lossy damping measures are also eliminated, the efficiency of a vibration motor-spring gear combination according to the invention is better than that

von bekannten Motor-Getriebe-Kombinationen.from well-known engine-gearbox combinations.

Erfindungsgemäße Motor-Getriebe;-Kombinationen sind gut geeignet für den Einsatz in Kraftfahrzeugen und dank ihres einfachen Aufbaus wesentlich billiger herzustellen als die üblicherweise verwendete Kombination von Hubkolbenmotor, Kurbelwelle, stufenlos einstellbarem Getriebe und Sperrdifferentialgetriebe. Durch den einfachen Aufbau und die ausschließliche Verwendung erprobter Bauteile wie Schwingmotoren, Stahlfedern und Freiläufen ist ein wartungs- und störungsarmer Betrieb und eine gute Lebensdauer erfindungsgemäßer Motor-Getriebe-Kombinationen gegeben.Engine-gearboxes; combinations according to the invention are well suited for use in motor vehicles and, owing to their simple construction, are much cheaper to manufacture than the commonly used combination of reciprocating engine, crankshaft, continuously variable transmission and limited slip differential. The simple structure and the exclusive use of tried and tested components such as vibration motors, steel springs and freewheels result in low-maintenance and trouble-free operation and a good service life for motor-gear combinations according to the invention.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen und einigen Hinweisen auf vorteilhafte Variationen näher beschrieben.The invention is described in more detail below with the aid of two exemplary embodiments and some references to advantageous variations.

example 1

Zweitakt-Verbrennungs-Hubkolbenmotor mit stufenlosem Federgetriebe für Kraftfahrzeuge mit Zweiradantrieb
In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Kombination mit einem Hubkolbenmotor skizziert. Das eine der gegeneinander schwingenden Bauteile 1 wird durch den Kolben 3, die Schubstangen4 und andere mit dem Kolben 3 verbundene, der Einfachheit halber nicht eingezeichnete Teile gebildet. Das andere der gegeneinander schwingenden Bauteile 2___ bildet der Zylinder 5, die Schubrohre 6 und andere, mit dem Zylinder 5 verbundene, nicht eingezeichnete Teile. Der Hubkolbenmotor wird durch das Gleitlager 13 im Gehäuse gehalten. Durch abwechselndes Beschicken der Arbeitskammern 7 und 8 schwingen die Bauteile 1 und 2 gegeneinander und zwar mit gegensinnig gleicher Amplitude und Geschwindigkeit, wenn die trägen Massen der Bauteile 1 und 2 gleich groß sind. Die Hin-und Herbewegung der Bauteile 1 und 2 wird von der Schubstange 4 und dem Schubrohr 6 durch Federn 9 und Freiläufe 10 in eine Drehbewegung der Wellen 11 übertragen, die durch Zahnräder 12 4 miteinander gekoppelt sind, so daß jede der im Gehäuse gelagerten Wellen 11 als Abtriebswelle benutzt werden kann. Jedes der gegeneinander schwingenden Bauteile 1 und 2 bewegt zwei gegensinnig angebrachte Federn 9 und die zugehörigen Freiläufe 10, die so angebracht sind, daß von der einen Feder-Freilauf-Kombination die Hinbewegung und von der anderen die HerbewegungTwo-stroke combustion piston engine with stepless spring gear for motor vehicles with two-wheel drive
In Figure 1, the basic structure of an engine-transmission combination according to the invention with a reciprocating piston engine is outlined. One of the components 1 which vibrate against one another is formed by the piston 3, the push rods 4 and other parts which are connected to the piston 3 and are not shown for the sake of simplicity. The other of the vibrating components 2___ forms the cylinder 5, the push tubes 6 and others, with the Cylinder 5 connected parts, not shown. The reciprocating piston engine is held in the housing by the slide bearing 13. By alternately loading the working chambers 7 and 8, the components 1 and 2 vibrate against one another, with the same amplitude and speed in opposite directions, when the inert masses of components 1 and 2 are of the same size. The back and forth movement of the components 1 and 2 is transmitted from the push rod 4 and the push tube 6 by springs 9 and freewheels 10 into a rotary movement of the shafts 11, which are coupled to one another by gear wheels 12 4, so that each of the shafts mounted in the housing 11 can be used as an output shaft. Each of the components 1 and 2, which vibrate against one another, moves two springs 9 arranged in opposite directions and the associated freewheels 10, which are mounted in such a way that the one-way spring-freewheel combination and the to-and-fro movement of the other

in eine Drehung der zugehörigen Welle 11 übertragen wird. Die jeweils nicht angetriebenen Wellen 11 laufen über die Zahnrä-11 der 12 bei offenem Freilauf mit.is transmitted in a rotation of the associated shaft 11. The respective non-driven shafts 11 run along the toothed wheels 11 or 12 when the freewheel is open.

Bei kleinem Abtriebsdrehmoment werden die Federn nur wenig gespannt, die Abtriebsdrehzahl ist groß. Bei großem Abtriebsdrehmoment werden die Federn stark gespannt und die Abtriebsdrehzahl ist klein. Die Antriebsenergie wird während der Federspannungsphase zur Bewegung der Abtriebswelle 11 und zum Spannen der Feder 9 benutzt. Während der Federentspannungsphase wird die gespeicherte Federenergie teilweise zur Bewegung der Abtriebswelle 11 benutzt und teilweise an den Antrieb zurückgegeben. Wenn die Feder 9 voll entspannt ist, löst sich der Freilauf 10 und die Welle 11 läuft leer mit bis die nächste Federspannungsphase beginnt.With a low output torque, the springs are only slightly tensioned, the output speed is high. When the output torque is high, the springs are strongly tensioned and the output speed is low. The drive energy is used during the spring tension phase to move the output shaft 11 and to tension the spring 9. During the spring relaxation phase, the stored spring energy is partly used to move the output shaft 11 and partly returned to the drive. When the spring 9 is fully relaxed, the freewheel 10 releases and the shaft 11 runs idle until the next spring tension phase begins.

In Figur 2 ist ein Zweitakt-Verbrennungs-Hubkolbenmotor skizziert, der in der praktischen Erprobung einen guten Wirkungsgrad zeigte. Zwei durch eine Verbindungsstange 14 verbundene Zweistufenkolben 3, ein Vorverdichtungskolben 15 und die Schubstangen 4 bilden das eine der gegeneinander schwingenden Bauteile 1. Der Zylinderblock 5 mit den Zündkerzen 16 und den vier Schubstangen 6, die die Schubrohre der Figur 1 ersetzen, bilden das zweite der gegeneinander schwingenden Bauteile 2.In Figure 2, a two-stroke combustion reciprocating engine is sketched, which showed good efficiency in practical testing. Two two-stage pistons 3 connected by a connecting rod 14, a precompression piston 15 and the push rods 4 form the one of the components 1 which vibrate against one another. The cylinder block 5 with the spark plugs 16 and the four push rods 6, which replace the push tubes of FIG. 1, form the second of the two components vibrating against each other 2.

Der Zylinderblock 5 ist über Gleitlager 13 mit dem Gehäuse 20 verbunden. Das vom gehäusefesten Vergaser kommende Treibstoff-Luft-Gemisch wird entweder über eine flexible Schlauchleitung oder über eine gleitende Zuführung 17 in den Vorverdichtungsraum 18 geführt, nach der Vorverdichtung in einen der Verbrennungsräume 7 oder 8 geleitet und dort nach der Verdichtung gezündet. Aus dem anderen Verbrennungsraum 8 oder 7 werden gleichzeitig die Verbrennungsprodukte über flexible oder gleitende Auspuffrohre 19 ausgestoßen und neues Treibstoff-LuftGemisch aus dem Vorverdichtungsraum 18 zugeführt.The cylinder block 5 is connected to the housing 20 via slide bearings 13. The fuel-air mixture coming from the housing-fixed carburetor is either led via a flexible hose line or via a sliding feed 17 into the pre-compression chamber 18, after the pre-compression is passed into one of the combustion chambers 7 or 8 and ignited there after compression. At the same time, the combustion products are ejected from the other combustion chamber 8 or 7 via flexible or sliding exhaust pipes 19 and new fuel-air mixture is fed from the pre-compression chamber 18.

In den Figuren 3 und 4 ist der Aufriß und der Grundriß von zwei stufenlosen Federgetrieben skizziert, die an beiden Seiten des in Figur 2 skizzierten Hubkolbenmotors, der hier nur durch einen unterbrochenen Block 21 angedeutet ist, angebracht sind. Die Federgetriebe sind im Prinzip so aufgebaut wie das in Figur 1 skizzierte, die Bezeichnungen sind dieselben. Von den vier Abtriebswellen 11 der Figur 1 wurden je zwei gleichsinnig drehende zusammengelegt und mit einem Kegelzahnrad 12 versehen. Die sich so ergebenden zwei gegensinnig drehenden Wellen 11 - in Figur 4 punktiert durchgezeichnet - wurden fluchtend angeordnet und der Abtrieb erfolgt über eine Welle 22, die über ein Kegelzahnrad 23 mit den beiden Kegelzahnrädern 12 verbunden ist. Durch diese Anordnung ergibt sich ein kompakter Aufbau der Federgetriebe.FIGS. 3 and 4 show the elevation and the floor plan of two stepless spring gears, which are attached on both sides of the reciprocating piston engine outlined in FIG. 2, which is only indicated here by an interrupted block 21. In principle, the spring gears are constructed in the same way as that outlined in FIG. 1, the designations are the same. Of the four output shafts 11 of FIG. 1, two rotating in the same direction were combined and provided with a bevel gear 12. The resulting two counter-rotating shafts 11 - shown in dotted lines in FIG. 4 - were aligned and driven by a shaft 22 which is connected to the two bevel gears 12 via a bevel gear 23. This arrangement results in a compact structure of the spring mechanism.

Die beiden Federgetriebe, ihre Federn 9, Freiläufe 10 und Wellen 11 und 22 sind spiegelbildlich angeordnet zum Motorquerschnitt. Beim Betrieb der Motor-Getriebe-Kombination befinden sich dann die jeweils diagonal gegenüber liegenden Federn 9 der beiden Federgetriebe in der gleichen Arbeitsphase. Der Motorschub wirkt also im gleichen Sinne auf zwei in Bezug auf die Motorachse gegenüber liegende Stellen, so daß keine nennenswerten Querkräfte auftreten, die die Reibung zwischen Kolben und Zylinder erhöhen. Die beiden Abtriebswellen 22 der Federgetriebe drehen sich beim Betrieb der Motor-Getriebe-Kombination im gleichen Sinne.The two spring gears, their springs 9, freewheels 10 and shafts 11 and 22 are arranged in mirror image to the motor cross section. When the motor-gear combination is operated, the diagonally opposite springs 9 of the two spring gears are then in the same working phase. The engine thrust thus acts in the same sense on two points opposite each other with respect to the engine axis, so that no significant transverse forces occur which increase the friction between the piston and the cylinder. The two output shafts 22 of the spring gear rotate in the same sense when the motor-gear combination is operated.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwingmotor-Federgetriebe-Kombination ist gut geeignet für den Einsatz in Kraftfahrzeugen mit Zweiradantrieb. Die beiden Abtriebswellen 22 können für die Vorwärtsfahrt direkt mit den beiden Antriebsrädern gekoppelt werden. Für die Rückwärtsfahrt ist ein zusätzliches Wendeschaltgetriebe erforderlich. Die Auslegung der Federgetriebe richtet sich nach den Motoreigenschaften und der erforderlichen Abtriebscharakteristik. In diesem Ausführungsbeispiel benutzen wir Stahlfederkombinationen mit progressiver Federcharakteristik und Vorspannung, die Abmessungen sind so gewählt, daß sich bei einer Motorschwing- _< frequenz von 6000 pro Minute eine maximale Abtriebsdrehzahl von 2000 Umdrehungen pro Minute ergibt.The described embodiment of a vibration motor-spring gear combination according to the invention is well suited for use in motor vehicles with two-wheel drive. The two output shafts 22 can be coupled directly to the two drive wheels for forward travel. An additional reversing gearbox is required for reversing. The design of the spring gear is based on the motor properties and the required output characteristics. In this embodiment, we use steel spring combinations with progressive spring characteristics and preload, the dimensions are chosen so that a maximum output speed of 2000 revolutions per minute results at an engine _oscillation frequency of 6000 per minute.

Die einfach aufgebaute erfindungsgemäße Kombination von Verbrennungs-Hubkolbenmotor, stufenlosem Federgetriebe und Wendegetriebe ist einer etwa leistungsgleichen, heute in Kraftfahrzeugen üblichen Kombination aus Verbrennungs-Hubkolbenmotor, Kurbelwelle, stufenlosem hydrodynamischen Drehmomentwandler mit Dreigang-Nachschaltgetriebe und Sperrdifferentialgetriebe in Bezug auf Preis, Abmessungen, Wirkungsgrad, Wartungsfreiheit; Laufruhe und Fahrverhalten überlegen. Da die beiden Federgetriebe weitgehend unabhängig voneinander lastabhängig arbeiten, hat z.B, das Durchdrehen eines Antriebsrades nur einen geringen Einfluß auf das Drehmoment des anderen Antriebsrades.The simply constructed combination of internal combustion piston engine, stepless spring gear and reversing gear is a roughly equivalent combination of internal combustion piston engine, crankshaft, stepless hydrodynamic torque converter with three-speed manual gearbox and limited slip differential in terms of price, dimensions, efficiency, maintenance-free ; Superior smoothness and driving behavior. Since the two spring gears work largely independently of each other depending on the load, e.g. spinning one drive wheel has only a minor influence on the torque of the other drive wheel.

Das Anlassen der beschriebenen, in einem Kraftfahrzeug eingebauten Motor-Getriebe-Kombination erfolgt über einen elektromechanischen Schwingmotor, umgekehrt kann dem Hubkolbenmotor über einen Schwinggenerator elektrische Energie zum Laden der Batterie entnommen werden.The motor-gear combination described, installed in a motor vehicle, is started by means of an electromechanical oscillating motor; conversely, electrical energy for charging the battery can be taken from the reciprocating piston motor via an oscillating generator.

Bei der beschriebenen Motor-Getriebe-Kombination ist keine Motorbremse vorgesehen. Wenn die Abtriebswellen 22 schneller laufen als der Motor, sind alle Freiläufe 10 frei und-das Fahrzeug läuft im Leerlauf. Die Bremsen müssen also stärker dimensioniert sein als die heute üblichen. Da die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Kombination nur einen geringen Platzbedarf hat, ist es möglich Anordnungen unterzubringen, die die Bremsenergie speichern und später wieder zum Antrieb verwenden. Bei elektrischer Speicherung kann z.B. ein vergrößerter Anlassermotor bei geringer oder fehlender Leistung des Hubkolbenmotors zum Antrieb benutzt werden.No motor brake is provided in the described motor-gear combination. If the output shafts 22 run faster than the engine, all freewheels 10 are free and the vehicle is idling. The brakes must therefore be dimensioned stronger than the ones that are common today. Since the motor-gearbox combination according to the invention requires only a small amount of space, it is possible to accommodate arrangements which store the braking energy and later use it again for the drive. With electrical storage e.g. an enlarged starter motor can be used to drive the piston engine with little or no power.

Example 2

Elektromechanischer Schwingmotor mit stufenlosem Federgetriebe. In den Figuren 5 und 6 ist im Längs- und Querschnitt eine erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Kombination skizziert, bei der der Motor um eine Rotationsachse schwingt. Die Motor-Rotationsachse bildet gleichzeitig die Achse für zwei koaxial angeordnete Abtriebswellen 11, die über Freiläufe 10 und gewundene Biegefedern 9 mit den gegeneinander schwingenden Bauteilen 1 und 2 verbunden sind. Das Bauteil 1 besteht aus zwei permanent magnetischen Schwingankern 24 und ihren Befestigungselementen und Lagern, das Bauteil 2 besteht aus zwei Spulen 25, die mit Wechselstrom gespeist werden, und ihren Befestigungselementen und Lagern. Die Trägheitsmomente der Bauteile 1 und 2 und die Charakteristik der zugehörigen Federn 9 müssen aufeinander abgestimmt sein. Vorteilhaft für gleichmäßigen Lauf und eine gute Charakteristik sind gleiche Trägheitsmomente und vorgespannte Federn 9 von gleicher, möglichst progressiver Federcharakteristik. Die beiden gewundenen Biegefedern 9 in Figur 5, die auf dieselbe Abtriebswelle 11 wirken, sind zwar von unterschiedlicher Größe, um einen kompakten Getriebeaufbau zu ermöglichen, aber durch geeignete Wahl von Feder- und Drahtdurchmesser ist eine praktisch gleiche Federcharakteristik zu erreichen.Electromechanical vibration motor with continuously variable spring gear. A motor-gear combination according to the invention is sketched in longitudinal and cross-section in FIGS. 5 and 6, in which the motor swings about an axis of rotation. The motor axis of rotation simultaneously forms the axis for two coaxially arranged output shafts 11, which are connected to the components 1 and 2 which oscillate against one another via freewheels 10 and coiled spiral springs 9. Component 1 consists of two permanently magnetic oscillating armatures 24 and their fastening elements and bearings, component 2 consists of two coils 25, which are fed with alternating current, and their fastening elements and bearings. The moments of inertia of components 1 and 2 and the characteristics of the associated springs 9 must be coordinated. The same moments of inertia and preloaded springs 9 with the same, as progressive as possible spring characteristics are advantageous for smooth running and good characteristics. The two coiled spiral springs 9 in FIG. 5, which act on the same output shaft 11, are of different sizes to enable a compact transmission structure, but a practically identical spring characteristic can be achieved by suitable selection of the spring and wire diameters.

Der beschriebene elektromechanische Schwingmotor mit stufenlosen Federgetrieben besitzt zwei Abtriebswellen 11, die sich mit entgegengesetzt gleichem Drehmoment in entgegengesetzten Richtungen drehen. Für manche Anwendungen, z.B. für Mahlwerke, kann man beide Bewegungen brauchen. Die im Gehäuse gelagerten Wellen 11 - in Figur 5 und 6 nicht eingezeichnet - übertragen dann kein Drehmoment auf das Gehäuse. Da der Motor nur schwingt und nicht rotiert, ist eine Stromzuführung zu den Spulen über elastische Kabel möglich.The electromechanical oscillating motor described with stepless spring gears has two output shafts 11 which rotate in opposite directions with the same torque in opposite directions. For some applications, e.g. for grinders, you can use both movements. The shafts 11 mounted in the housing - not shown in FIGS. 5 and 6 - then do not transmit any torque to the housing. Since the motor only vibrates and does not rotate, power can be supplied to the coils via elastic cables.

Bei vielen Anwendungen wird nur eine Drehrichtung benötigt. Man kann dann wie im Beispiel 1 beschrieben und in den Figuren 3 und 4 skizziert, die Drehbewegungen der Wellen 11 über Zahnräder 12 und 23 auf eine gemeinsame Abtriebswelle 22 übertragen. Man kann aber auch eine der beiden Wellen 11 fest mit dem Gehäuse koppeln und die andere Welle 11 als Abtriebswelle benutzen. Der Motor macht dann zusätzlich zu seiner Schwingbewegung eine Drehbewegung, deren Drehzahl bei gleichen Federn die Hälfte der Abtriebsdrehzahl beträgt. Die Stromzuführung muß dann über Schleifkontakte oder kapazitiv oder induktiv erfolgen.In many applications, only one direction of rotation is required. One can then, as described in example 1 and sketched in FIGS. 3 and 4, transmit the rotary movements of the shafts 11 via gear wheels 12 and 23 to a common output shaft 22. However, one of the two shafts 11 can also be fixed couple with the housing and use the other shaft 11 as output shaft. The motor then makes a rotary movement in addition to its oscillating movement, the speed of which is half the output speed with the same springs. The current must then be supplied via sliding contacts or capacitively or inductively.

Durch Umkoppeln der beiden Wellen 11 erfolgt der Abtrieb in entgegengesetzter Richtung. Durch Kopplung der beiden Abtriebswellen 11 mit Schaltgetrieben läßt sich die Charakteristik der ; beschriebenen erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Kombination an unterschiedliche Arbeitsbedingungen anpassen.By coupling the two shafts 11, the output takes place in the opposite direction. By coupling the two output shafts 11 with gearboxes, the characteristic of; Adapt the described engine-transmission combination to different working conditions.

Das beschriebene zweite Beispiel einer erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Kombination kann man als einen Wechselstrom-Rotationsmotor auffassen, dessen Drehzahl von der Antriebsleistung und dem Abtriebsdrehmoment abhängig ist. Er zeigt ein ähnliches Regelverhalten wie ein Gleichstrommotor, ohne daß eine Stromzuführung über Schleifkontakte erforderlich ist.The described second example of a motor-transmission combination according to the invention can be understood as an AC rotary motor, the speed of which is dependent on the drive power and the output torque. It shows a control behavior similar to that of a direct current motor, without the need for a power supply via sliding contacts.

In den beiden Ausführungsbeispielen werden nur einige wenige Punkte angesprochen, die für erfindungsgemäße Schwingmotor-Federgetriebe-Kombinationen wichtig sind. Es gibt viele vorteilhafte Variationen, von denen einige im folgenden kurz behandelt werden. Grundlagen und Variationen von stufenlosen, lastabhängigen Federgetrieben werden in EP 0 021 452 A1 beschrieben.In the two exemplary embodiments, only a few points are addressed that are important for vibration motor / spring gear combinations according to the invention. There are many beneficial variations, some of which are briefly discussed below. Fundamentals and variations of stepless, load-dependent spring gears are described in EP 0 021 452 A1.

Als Motoren für erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Kombinationen kommen alle Antriebsmechanismen infrage, bei denen mindestens zwei Bauteile eine gegenläufige Schwingbewegung ausführen, oder die so umgebaut werden können, daß das der Fall ist. Die Schwingbewegung kann linear sein wie im Beispiel 1, sie kann auf einer Kreisbahn erfolgen wie im Beispiel 2 oder auf anderen komplizierten Bahnen. Der Schwingbewegung kann auch eine gleichförmige Bewegung, z.B. eine Drehbewegung, überlagert sein.All drive mechanisms in which at least two components execute an opposite oscillating movement, or which can be converted so that this is the case, are suitable as motors for motor-gear combinations according to the invention. The oscillating movement can be linear as in example 1, it can take place on a circular path as in example 2 or on other complicated paths. The swinging motion can also be a uniform motion, e.g. a rotary motion, be superimposed.

Als Motor geeignet sind alle Hubkolbenmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, aber auch hydraulische oder pneumatische Motoren, Stirling-Motoren, Dampfmaschinen und andere Kolbenmotoren. Anstelle des im Beispiel 1 beschriebenen Zweitaktmotors kommt auch ein Viertaktmotor infrage, der dann drei miteinander verbundene Kolben und vier Verbrennungsräume hat, deren Beschickung über Ventile gesteuert wird.All reciprocating piston engines, in particular internal combustion engines, but also hydraulic or pneumatic engines, Stirling engines, steam engines and other piston engines are suitable as engines. Instead of the two-stroke engine described in Example 1, a four-stroke engine is also possible, which then has three interconnected pistons and four combustion chambers, the loading of which is controlled by valves.

Die beiden Arbeitsräume 7 und 8 des in den Figuren 1 oder 2 skizzierten Hubkolbenmotors können auf einen reduziert werden, wenn die Rückbewegung nicht durch einen zweiten Arbeitstakt erfolgt, sondern z.B. durch eine Stahlfeder, die an der Stelle des anderen Arbeitsraumes angebracht ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, auch die Zahl der Freiläufe und Federn zu halbieren, so daß bei jedem Arbeitstakt, nicht aber bei der Rückbewegung Antriebsenergie auf die Federgetriebe übertragen wird.The two working spaces 7 and 8 of the reciprocating piston engine outlined in FIGS. 1 or 2 can be reduced to one if the return movement is not carried out by a second working cycle, but instead, e.g. by a steel spring, which is attached to the place of the other work space. In this case, it is expedient to halve the number of freewheels and springs, so that drive energy is transmitted to the spring mechanism with each work cycle, but not with the return movement.

Durch ähnliche Maßnahmen kann auch bei einem Viertaktmotor die Zahl der Verbrennungsräume auf die Hälfte reduziert werden. Sogar ein Viertaktmotor mit nur einem Verbrennungsraum ist möglich, wenn man den Motor mit einem schwingungsfähigen Gebilde koppelt und in der Nähe der Eigenresonanz betreibt.Similar measures can also be taken to reduce the number of combustion chambers in half for a four-stroke engine. Even a four-stroke engine with only one combustion chamber is possible if the engine is coupled to an oscillating structure and operated in the vicinity of the natural resonance.

Als Motoren für erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Kombinationen sind alle elektromechanischen Schwingmotoren geeignet, die mit Wechselstrom oder gepulstem Gleichstrom betrieben werden oder durch Umpolen oder Umschalten aus Gleichstrom einen Wechselstrom oder gepulsten Gleichstrom für ihren Betrieb selbst erzeugen. Das sind einmal die elektromagnetischen Schwinger, von denen eine Ausführungsform mit zwei Ankern und zwei Spulen im Beispiel 2 beschrieben wurde. Es gibt viele andere geeignete Ausführungsformen, etwa solche mit nur einem Anker und einer Spule oder auch linear arbeitende Schwinger. Geeignet sind auch piezoelektrische oder magnetostriktive Schwinger. Die beiden gegeneinander schwingenden Bauteile sind bei einfachen Ausführungsformen dieser Art zwei Massen, die über den piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schwinger miteinander verbunden sind und ihre Schwingungsenergie über Federgetriebe in Rotationsenergie umsetzen. Besonders einfache Bauformen ergeben sich, wenn die elastischen Eigenschaften des Schwingmotors die Funktion der Federn des Federgetriebes weitgehend übernehmen. In Figur 7 ist eine derartige erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Kombination skizziert, bei dem die Enden eines kreisförmig gebogenen piezoelektrischen Schwingers mit Freiläufen 10 verbunden sind, die wie in Figur 5 auf zwei Abtriebswellen 11 sitzen. Die beiden gegeneinander schwingenden Bauteile 1 und 2 werden jeweils durch ein Ende des piezoelektrischen Schwingers, die äußeren Freilaufschalen und die Befestigungselemente gebildet. Die für die stufenlose lastabhängige Getriebefunktion erforderliche Federwirkung übernimmt der piezoelektrische Schwinger selbst. Bei allen Schwingmotoren ist eine gewisse Federwirkung vorhanden, die zwar berücksichtigt werden muß, normalerweise aber eine untergeordnete Rolle spielt.All electromechanical vibrating motors which are operated with alternating current or pulsed direct current or which generate an alternating current or pulsed direct current for their operation by reversing the polarity or switching from direct current are suitable as motors for motor-gear combinations according to the invention. These are the electromagnetic vibrators, of which an embodiment with two armatures and two coils was described in Example 2. There are many other suitable embodiments, such as those with only one armature and one coil or linear vibrators. Piezoelectric or magnetostrictive transducers are also suitable. In simple embodiments of this type, the two components which vibrate against one another are two masses which are connected to one another via the piezoelectric or magnetostrictive vibrator and convert their vibrational energy into rotational energy via spring mechanisms. Particularly simple designs result if the elastic properties of the oscillating motor largely take over the function of the springs of the spring mechanism. Such a motor-transmission combination according to the invention is sketched in FIG. 7, in which the ends of a circularly curved piezoelectric vibrator are connected to freewheels 10, which are seated on two output shafts 11 as in FIG. The two components 1 and 2 which vibrate against each other are each formed by one end of the piezoelectric vibrator, the outer freewheel shells and the fastening elements. The piezoelectric vibrator itself takes over the spring action required for the stepless load-dependent transmission function. All vibrating motors have a certain spring action, which must be taken into account, but usually plays a subordinate role.

Erfindungsgemäße Schwingmotor-Federgetriebe-Kombinationen sind nicht auf Motoren beschränkt, bei denen exakt zwei Bauteile gegeneinander schwingen. Die Zahl der schwingenden Bauteile ist im Prinzip nicht begrenzt und die Schwingbewegung kann wesentlich komplizierter als die in den einfachen Ausführungsbeispielen beschriebene sein. Im Sinne der Erfindung reicht es aus, wenn die Schwingbewegung von einem der gegeneinander schwingenden Bauteile durch ein Federgetriebe in eine Drehbewegung übertragen wird. Durch das Prinzip des Gegeneinanderschwingens wird die Schwingungsenergie der Bauteile, die nicht mit einem Federgetriebe verbunden sind, schließlich auf das Bauteil übertragen, das über sein Federgetriebe Energie an die Abtriebswelle liefert. Es ist zweckmäßig, die Masse eines nicht mit einem Federgetriebe verbundenen schwingenden Bauteils groß zu wählen, damit seine Schwingbewegung klein bleibt.Vibration motor-spring gear combinations according to the invention are not limited to motors in which exactly two components vibrate against one another. In principle, the number of vibrating components is not limited and the oscillating movement can be considerably more complicated than that described in the simple exemplary embodiments. In the sense of the invention, it is sufficient if the oscillating movement is transmitted from one of the components oscillating against one another into a rotary movement by means of a spring mechanism. The principle of oscillating against each other means that the vibrational energy of the components that are not connected to a spring gear is finally transferred to the component that delivers energy to the output shaft via its spring gear. It is expedient to choose a large mass of an oscillating component not connected to a spring mechanism so that its oscillating movement remains small.

Die Rotationsbewegung der Abtriebswellen 11 oder 22 ist nicht konstant, sie schwankt im selben Sinne wie die Motorschwingungen, allerdings gleichgerichtet und durch die Federn 9 und die Schwungmasse der drehenden Getriebeteile gemildert, so daß die Schwankung normalerweise unberücksichtigt bleiben kann. Um einen möglichst gleichmäßigen Lauf zu erreichen, werden die Massen oder die Trägheitsmomente der gegeneinander schwingenden Bauteile und die zugehörigen Federgetriebe gleich groß gewählt. Eine weitere Verbesserung bringt die Verwendung mehrerer gleichartiger Schwingmotoren, die so betrieben werden, daß ihre Schwingbewegung in gleichmäßigem Abstand zeitlich versetzt erfolgt. Bei einem elektromechanischen Schwingmotor werden z.B. drei Motoren nach Beispiel 2 zusammengefaßt und mit Drehstrom betrieben. Dabei können die drei Motoren mechanisch unabhängig voneinander auf dieselben Abtriebswellen wirken oder aber jeweils zwei schwingende Bauteile miteinander verbunden werden, so daß schließlich ein Motor mit drei gegeneinander schwingenden Bauteilen entsteht.The rotational movement of the output shafts 11 or 22 is not constant, it fluctuates in the same sense as the engine vibrations, but in the same direction and mitigated by the springs 9 and the flywheel of the rotating gear parts, so that the fluctuation can normally be disregarded. In order to achieve a run that is as uniform as possible, the masses or the moments of inertia of the components vibrating against each other and the associated spring mechanisms are selected to be of the same size. A further improvement is the use of several oscillating motors of the same type, which are operated in such a way that their oscillating movement is offset at an even interval he follows. In the case of an electromechanical oscillating motor, for example, three motors are combined according to Example 2 and operated with three-phase current. The three motors can act mechanically independently of one another on the same output shafts, or two oscillating components can be connected to one another, so that finally a motor with three components oscillating against each other is created.

Drehzahl- bzw. Drehmomentänderungen der Abtriebswelle übertragen sich zwangsläufig auch auf das Gehäuse, wenn der Abtrieb nur in einer Drehrichtung erfolgt. Das gilt für jede Motor-Getriebe-Kombination. Beim Kraftfahrzeug z.B. ist man an diese Gehäusebewegungen gewöhnt und empfindet sie allenfalls bei ruckartigem Bremsen als störend.Changes in speed or torque of the output shaft are inevitably also transferred to the housing if the output is only in one direction of rotation. This applies to every engine-gearbox combination. In the motor vehicle e.g. one is used to these movements of the housing and only finds them annoying when braking suddenly.

Die Befestigung erfindungsgemäßer Schwingmotor-Federgetriebe-Kombinationen im Gehäuse erfolgt so, daß abgesehen von der eben beschriebenen unvermeidbaren Drehmomentübertragung nur geringe Kräfte auf das Gehäuse übertragen werden. Im Beispiel 1 sind Gleitlager 13 zwischen Zylinderblock 5 und Gehäuse 20 vorgesehen, die den Motor im Gehäuse fixieren bis auf den Freiheitsgrad, der für die Schwingbewegung erforderlich ist. Durch die gegensinnig angebrachten Federn 9 der Federgetriebe, deren Wellen 11 und 22 im Gehäuse gelagert sind, wird erreicht, daß der Motorschwerpunkt trotz der freien Schwingung seine Lage nur wenig ändern kann. Mit zusätzlichen federnden und/oder gedämpften Anschlägen zwischen Motor und Gehäuse kann man verhindern, daß der Motor bei starken äußeren Kräften in Schwingungsrichtung - Katastrophenfall 1 - aus seiner Lagerung rutscht.The vibration motor-spring gear combinations according to the invention are fastened in the housing in such a way that, apart from the inevitable torque transmission just described, only small forces are transmitted to the housing. In example 1, slide bearings 13 are provided between cylinder block 5 and housing 20, which fix the motor in the housing to the degree of freedom required for the oscillating movement. Due to the oppositely mounted springs 9 of the spring gears, the shafts 11 and 22 of which are mounted in the housing, it is achieved that the center of gravity of the motor can change its position only slightly despite the free vibration. With additional resilient and / or damped stops between the motor and the housing, one can prevent the motor from slipping out of its bearing in the direction of vibration in the event of strong external forces - catastrophe 1.

Bei Schwingmotoren mit etwa gleicher Masse der gegeneinander schwingenden Bauteile ist es von Vorteil, die Lagerung im Gehäuse an allen schwingenden Bauteilen im gleichen Sinne vorzunehmen, da dann die Reibungskräfte in den Lagern gegensinnig gleich sind und vom starren Gehäuse aufgenommen werden. Bei Motoren mit unterschiedlichen Massen der schwingenden Bauteile ist es von Vorteil, die Lagerung an dem Bauteil vorzunehmen, das die kleinste Schwingbewegung ausführt.In the case of vibrating motors with approximately the same mass of the components vibrating against each other, it is advantageous to carry out the bearing in the housing on all the vibrating components in the same sense, since the frictional forces in the bearings are then the same in opposite directions and are absorbed by the rigid housing. In the case of motors with different masses of the vibrating components, it is advantageous to carry out the mounting on the component which carries out the smallest vibrating movement.

Die Befestigung des Schwingmotors im Gehäuse kann mit Lagern unterschiedlicher Bauform, auf Magnetkissen oder Luftlagern schwebend oder mit einer Federaufhängung erfolgen. Gegenüber der starren gleitenden Lagerung hat die weiche Lagerung den Vorteil, daß senkrecht zur Schwingungsrichtung wirkende Kräfte aufgefangen werden und nur zu einem Teil auf das Gehäuse übertragen werden. Die weiche Lagerung muß so konstruiert sein, daß keine Resonanzschwingungen entstehen können.The vibration motor can be fastened in the housing with bearings of different designs, on magnetic cushions or air bearings suspended or with spring suspension. Compared to the rigid sliding bearing, the soft bearing has the advantage that forces acting perpendicular to the direction of vibration are absorbed and only a part of it is transferred to the housing. The soft bearing must be designed so that no resonance vibrations can occur.

Die Befestigung des Schwingmotors im Gehäuse kann auch über das oder die Federgetriebe erfolgen. Im Beispiel 2 ist der Schwinganker 24 bzw. das Bauteil 1 auf den Abtriebswellen 11 _; und diese im Gehäuse gelagert. Die Spulen 25 bzw. das Bauteil 2 ist auf der Schwingankerhohlwelle gelagert.The vibration motor can also be fastened in the housing via the spring gear or springs. In example 2, the oscillating armature 24 or the component 1 is on the output shafts 11 _; and stored in the housing. The coils 25 or the component 2 is mounted on the hollow armature shaft.

Der Schwingmotor kann auch frei an den Federn 9 der Federgetriebe hängen. Man kann z.B. anstelle der Spiralfedern 9The oscillating motor can also hang freely on the springs 9 of the spring mechanism. You can e.g. instead of the spiral springs 9

des Beispiels 1 Blattfedern verwenden, deren eines Ende mit den Freiläufen 10 und deren anderes Ende mit den Schubstangen 4 oder 6 des Schwingmotors verbunden ist, der dann unter den Federgetrieben hängt. Ein weiteres Beispiel für die direkte Aufhängung eines leichten piezoelektrischen Schwingmotors 26 am Getriebe zeigt Figur 7. Hier sind Getriebe und Motor nicht mehr eindeutig voneinander zu trennen.Example 1 use leaf springs, one end of which is connected to the freewheels 10 and the other end of which is connected to the push rods 4 or 6 of the oscillating motor, which then hangs under the spring drives. A further example of the direct suspension of a light piezoelectric oscillating motor 26 on the transmission is shown in FIG. 7. Here, the transmission and motor can no longer be clearly separated from one another.

Die Federgetriebe können in unterschiedlichen Ausführungsformen gebaut werden, wie in der EP 0 021 452 A1 beschrieben wird. Alle elastischen Effekte können als Grundlage für die Federn benutzt werden. Vorteilhaft ist die Verwendung hochwertiger Stahl- oder Metallfedern, weil hier die Verluste sehr klein sind, hohe Rückstellkräfte bei kleinem Volumen und Gewicht erreicht werden und große technische Erfahrungen vorliegen. Außer den in den Beispielen erwähnten Spiralfedern, gewundenen Biegefedern und Blattfedern können alle bekannten Federformen Verwendung finden, z.B. Zug- und Druckfedern, Stabfedern und Tellerfedern. Die Federn können an unterschiedlichen Stellen im Getriebe sitzen, auch miteinander oder mit dem Gehäuse über Iiilfsfedern gekoppelt sein, wenn nur gewährleistet ist, daß sie während des Betriebes durch den Schwingmotor periodisch lastabhängig gespannt und entspannt werden und während der Federentspannungsphase ihre gespeicherte Energie an die Abtriebswelle weiter und/oder an den Schwingmotor zurückgeben.The spring gears can be built in different embodiments, as described in EP 0 021 452 A1. All elastic effects can be used as the basis for the springs. It is advantageous to use high-quality steel or metal springs because the losses are very small, high restoring forces are achieved with a small volume and weight, and there is extensive technical experience. In addition to the spiral springs, spiral spiral springs and leaf springs mentioned in the examples, all known spring shapes can be used, for example tension and compression springs, bar springs and disc springs. The springs can sit at different points in the gearbox, can also be coupled to each other or to the housing via auxiliary springs, if only it is guaranteed that they will be periodically tensioned and relaxed depending on the load during operation by the vibrating motor and their stored energy to the output shaft during the spring relaxation phase forward and / or return to the oscillating motor.

Vorteilhaft für eine gute Getriebecharakteristik in einem weiten Drehzahlbereich ist die Verwendung von Federn oder Federkombinationen mit progressiver oder S-förmiger Charakteristik. Um auch bei hohen Drehzahlen große Abtriebsdrehmomente erzeugen zu können, empfiehlt sich die Verwendung von vorgespannten Federn. Eine vorteilhafte Federkombination ist in Figur 8 skizziert. Zwei Spiralfedern 9 sind mit ihrem inneren Ende an der Nabe des Freilaufs 10 befestigt. Auf der Nabe befindet sich auch ein Anschlag 27, durch den die äußere der beiden Federn 9 eine Vorspannung erhält. Der Anschlag 27 kann auch selbst eine Feder sein. Das äußere Ende der äußeren Spiralfeder 9 ist an einem der gegeneinander schwingenden Bauteile 1 oder 2 des Schwingmotors befestigt. Bei Betrieb mit einem Drehmoment unterhalb der Federvorspannung wird die Feder kaum gespannt, die Drehzahl ist groß. Bei zunehmendem Drehmoment wird die äußere Feder 9 immer stärker gespannt und entspannt, bis schließlich bei großem Drehmoment auch die innere stärkere Feder 9 mitwirkt. Schließlich legen sich beide Federn 9 in vollgespanntem Zustand an die Nabe an. Das Abtriebsdrehmoment ist dann sehr groß und die Drehzahl sehr klein.The use of springs or spring combinations with progressive or S-shaped characteristics is advantageous for good transmission characteristics in a wide speed range. In order to be able to generate high output torques even at high speeds, the use of preloaded springs is recommended. An advantageous spring combination is outlined in FIG. 8. Two coil springs 9 are attached with their inner end to the hub of the freewheel 10. There is also a stop 27 on the hub, through which the outer of the two springs 9 receives a prestress. The stop 27 can itself be a spring. The outer end of the outer coil spring 9 is fastened to one of the components 1 or 2 of the oscillating motor which vibrate against one another. When operating with a torque below the spring preload, the spring is hardly tensioned, the speed is high. With increasing torque, the outer spring 9 is tensioned and relaxed more and more until finally, with a high torque, the inner stronger spring 9 also cooperates. Finally, both springs 9 are in full tension against the hub. The output torque is then very high and the speed is very low.

Stufenlose Federgetriebe können auch so ausgelegt werden, daß bei kleinen Drehzahlen das Abtriebsdrehmoment wieder abnimmt. Mit unterschiedlichen Konstruktionen und Federcharakteristiken läßt sich fast jede gewünschte Abtriebscharakteristik verwirklichen. Stufenlose Federgetriebe können so ausgelegt werden, daß bei festgehaltener Abtriebswelle ein kupplungsloser Leerlauf des Schwingmotors möglich ist. Das vom Schwingmotor gelieferte Schubmoment ist dann sehr klein, die Federn 9 liefern jeweils ihre gespeicherte Energie an den Schwingmotor zurück und die erfindungsgemäße Motor-Getriebe-Kombination läuft in einer Art Eigenschwingung.Stepless spring gears can also be designed so that the output torque decreases again at low speeds. With different constructions and spring characteristics, almost any desired output characteristic can be realized. Continuously variable spring gears can be designed in such a way that a clutchless idling of the oscillating motor is possible when the output shaft is held. The thrust torque supplied by the oscillating motor is then very small, the springs 9 each deliver their stored energy back to the oscillating motor and the motor-gear combination according to the invention runs in a kind of natural oscillation.

Wenn die an den Federn 9 der Federgetriebe befestigten schwingenden Motorbauteile 1 oder 2 nicht auf einer Kreisbahn um die Getriebewellen 11 schwingen, sondern z.B. linear wie im Beispiel 1, so treten quer zur Schwingungsrichtung Kräfte auf, die bei kleinen Schwingungsamplituden von den Federn 9 aufgenommen werden. Bei großen Amplituden kann man entweder den Motor so weich aufhängen, daß er die Querschwingungen verkraftet oder durch eine geeignete Konstruktion der Verbindung zwischen Federende und schwingendem Motorbauteil dafür sorgen, daß das Federende sich auf der gewünschten Kreisbahn bewegt ohne daß der Motor Querschwingungen ausführt.If the oscillating motor components 1 or 2 attached to the springs 9 of the spring gear do not oscillate on a circular path around the transmission shafts 11, but, for example, linearly as in Example 1, forces occur transversely to the direction of oscillation, which are absorbed by the springs 9 at small oscillation amplitudes . With large amplitudes you can either use the motor Suspend so softly that it can cope with the transverse vibrations or ensure that the spring end moves on the desired circular path without the motor making transverse vibrations by means of a suitable construction of the connection between the spring end and the oscillating motor component.

Bisher wurde stillschweigend angenommen, daß die Steifigkeit der Federn 9 ausreicht, um bei offenem Freilauf 10 eine einwandfreie Rückwärtsbewegung der Freilaufnabe zu gewährleisten. Diese Aufgabe kann auch von einer Vorrichtung übernommen werden, die eine starre Verbindung zwischen schwingendem Motorbauteil und Freilaufnabe herstellt, sobald die zugehörige Feder 9 auf die vorgesehene Vorspannung entspannt ist.So far, it has been tacitly assumed that the stiffness of the springs 9 is sufficient to ensure that the freewheel hub moves smoothly backwards when the freewheel 10 is open. This task can also be performed by a device that creates a rigid connection between the oscillating motor component and the freewheel hub as soon as the associated spring 9 is relaxed to the intended preload.

Für manche Anwendungsfälle ist es nützlich, wenn während des Betriebes die Charakteristik der Motor-Getriebe-Kombination geändert und an andere Abtriebsbedingungen angepaßt werden kann. Bei erfindungsgemäßen Schwingmotor-Federgetriebe-Kombinationen kann die Änderung über den Schwingmotor und/oder über das Federgetriebe erfolgen. Durch Ankoppeln von Federn kann man z.B. die Schwingungseigenschaften des Motors ändern. Eine weitere Einflußnahme auf den Motor ist z.B. bei Verbrennungsmotoren über den Zündzeitpunkt und bei elektromechanischen Motoren über die Form des Wechselstromes möglich. Auch über die Federgetriebe gibt es mehrere Eingriffsmöglichkeiten. Die Getriebecharakteristik läßt sich ändern durch Änderung der Federvorspannung, durch Zuschalten oder Wegnehmen von Federn über Schaltkupplungen oder durch Änderung des Schwingungswinkels oder des Hebelarmes der Schwinge. Ersetzt man die Freiläufe 10 durch Schaltkupplungen, so hat man über die externe Steuerung der Federspannungszeiten einen direkten Einfluß auf die Getriebecharakteristik. Eine Anpassung an unterschiedliche _Abtriebsbedingungen kann man auch dadurch erreichen, daß ein Schwingmotor mehrere Federgetriebe von unterschiedlicher Charakteristik betreibt, von denen jeweils die passenden an die Abtriebswellen angekoppelt werden und die nicht benutzten leer mitlaufen. Natürlich kann man auch bekannte Schaltgetriebe mit erfindungsgemäßen Motor-Getriebe-Kombinationen koppeln. Durch geeignete Kopplung der Getriebewellen 11 erfindungsgemäßer Motor-Getriebe-Kombinationen untereinander, mit dem Gehäuse und/oder mit zusätzlichen Getrieben ergeben sich weitere Variationsmöglichkeiten, von denen einige im Beispiel 2 beschrieben werden.For some applications it is useful if the characteristics of the motor-gear combination can be changed during operation and adapted to other output conditions. In the case of a vibration motor / spring gear combination according to the invention, the change can be made via the vibration motor and / or via the spring gear. By coupling springs you can, for example, change the vibration properties of the engine. A further influence on the engine is possible, for example, in the case of internal combustion engines via the ignition timing and in the case of electromechanical engines via the shape of the alternating current. There are also several options for intervention via the spring mechanism. The transmission characteristics can be changed by changing the spring preload, by switching springs on or off via switching clutches or by changing the oscillation angle or the lever arm of the rocker. If the freewheels 10 are replaced by clutches, the external control of the spring tension times has a direct influence on the transmission characteristics. Can also be achieved by providing a rocking motor operates a plurality of spring transmission of different characteristics, respectively, the matching of which are coupled to the output shafts and the unused empty run along btriebsbedingungen an adaptation to different _A. Of course, you can also couple known manual transmissions with engine-transmission combinations according to the invention. By suitable coupling of the gear shafts 11 of motor-gear combinations according to the invention with each other, with the housing and / or with additional gearboxes, there are further possible variations, some of which are described in Example 2.

Die beschriebenen Vorrichtungen und Maßnahmen zur Änderung der Charakteristik der Schwingmotor-Federgetriebe-Kombinationen werden durch einen Schaltvorgang von Hand oder automatisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Stellgrößen betätigt.The devices and measures described for changing the characteristics of the vibrating motor-spring gear combinations are actuated by a switching process by hand or automatically as a function of predetermined manipulated variables.

Bisher wurden der Einfachheit halber Beispiele und Variationen mit einer oder zwei Abtriebswellen beschrieben. Ein Schwingmotor kann aber über mehrere Federgetriebe mehrere Abtriebswellen bewegen, z.B. bei einem Kraftfahrzeug mit Vierradantrieb. Dabei können die Federgetriebe auch unterschiedlich sein, so daß sich Abtriebe mit unterschiedlichen Eigenschaften ergeben. Es können auch zur Verbesserung der Charakteristik mehrere unterschiedliche Federgetriebe auf eine Abtriebswelle wirken. Ebenso können mehrere, auch unterschiedliche Schwingmotoren über ihre Federgetriebe auf dieselbe Abtriebswelle wirken. Erfindungsgemäße Schwingmotor-Federgetriebe-Kombinationen können also einen wesentlich komplexeren Aufbau haben, als in den einfachen Beispielen beschrieben wurde.So far, examples and variations with one or two output shafts have been described for the sake of simplicity. A vibrating motor can move several output shafts via several spring gears, e.g. in a four-wheel drive motor vehicle. The spring gears can also be different, so that there are outputs with different properties. Several different spring gears can also act on an output shaft to improve the characteristics. Likewise, several, even different, vibration motors can act on the same output shaft via their spring gears. Vibration motor-spring gear combinations according to the invention can therefore have a much more complex structure than was described in the simple examples.

Claims

1.Vibration motor-spring gear combination with one or more drive motors which perform periodic reciprocating movements or a periodic reciprocating movements superimposed on a uniform movement, and one or more spring gear units which carry out the driving movement or movements via springs (9) and freewheels (10) and / or shift clutches translate into one or more rotary movements, the springs (9) being periodically tensioned and relaxed depending on the load and drive, so that the output speed is continuously adjusted depending on the load and drive, characterized in that the drive motor (s) Contain at least two components (1, 2) which vibrate against each other and have no rigid connection to the housing and at least one of the components (1 or 2) is connected to the housing in a sliding or floating and / or elastic manner and / or via the spring mechanism and at least one the components (1 or 2) are coupled to at least one spring gear.

2. Vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized in that the mutually vibrating components (1, 2) of a drive motor have at least approximately the same inert masses and / or moments of inertia and transmit their oscillating motion in at least approximately the same spring motion in one or more rotary movements .

3. Vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized in that the vibrating motor components, which transmit their drive movement to a common output shaft via spring gears, oscillate at a uniform time interval.

4. Vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized in that the drive takes place via one or more reciprocating piston motors with two masses vibrating against each other.

5. Vibration motor-spring gear combination according to claim 4, characterized in that the reciprocating engines are internal combustion engines.

6. Vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized in that the drive takes place via one or more electromechanical vibration motors.

7. vibration motor-spring gear combination according to claim 6, characterized in that the vibration motors are piezoelectric or magnetostrictive vibration motors.

8. A vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized in that at least part of the spring action required for the spring gear is provided by the vibration motor or motors themselves.

9. A vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized in that springs (9) or spring combinations with at least approximately progressive, hyperbolic or S-shaped spring characteristics are used in the spring gears.

10. A vibration motor-spring gear combination according to claim 1, characterized by devices and / or measures for changing the characteristic of the vibration motor-spring gear combination.